水平起降、宽速域飞行的高超声速飞机是航空技术的一个重要发展方向。这类飞机常采用无尾布局形式,该布局全速域气动焦点移动范围大,且舵面配平能力有限,纵向稳定性设计是一项关键技术。本文针对典型的宽速域无尾布局概念方案,通过数值仿真方法,研究了不同前体截面形状、边条平面形状和前机身长度的宽速域气动焦点变化规律,并重点关注了高超声速相对低速的焦点前移问题。研究结果表明,前机身长度对高超声速相对低速焦点前移的影响最明显;前机身越长,高超声速相比低速焦点前移趋势越明显。亚、跨和低超声速范围,尖侧缘脊型和下表面平面的半圆形前机身截面相比椭圆截面使焦点小幅前移;高超声速范围前机身截面形状对焦点影响较小。边条平面形状对高超声速相比低速气动焦点前移量影响较小。本文的研究结果可为此类宽速域无尾布...

为研究高压捕获翼布局在亚跨超条件下的流动特性,选取圆锥-圆台机体组合捕获翼概念构型,在马赫数0.3~3速域范围内,选取典型状态点,采用数值模拟在0°攻角条件下进行了计算和分析.结果表明,在整个速域范围内,由于机体与捕获翼在对称面附近的垂向距离最小,因此二者之间的气动干扰最为明显,且沿展向逐渐减弱.同时,随马赫数增大,机体与捕获翼间的流场结构明显不同,具体表现为当Ma<0.5时,未出现流动分离现象,当Ma>0.5时,机体后段开始出现明显的流动分离,由于捕获翼与机体形成先收缩后扩张的等效通道,捕获翼下表面和机体上表面的压力均先减小后增大;进入跨声速速域后,在捕获翼的影响下,流动分离更加明显,机体与捕获翼之间开始出现激波,并且与分离区相互作用,同时出现激波串,捕获翼下表面产生明显的压力波动现象, Ma=1.5时,通道内激波位置基本到...

乘波体是一种典型的高速气动构型,由于高升阻比和均匀的下表面流动等特性使其成为机身/进气道一体化设计的理想构型。随着对乘波体设计方法的不断研究,提高乘波体在非设计条件下的气动性能,实现乘波体的宽速域飞行成为乘波体实用化的一个重要研究方向。将目前的宽速域乘波体设计方法分成变马赫数、多级组合和涡波结合3种类型,并详细介绍了这些方法的设计过程,分析了设计方法的优缺点。

涡波一体宽速域乘波飞行器通过在低速引入涡效应,显著改善了传统乘波体在低速状态下的升阻特性,具有在未来宽速域空天飞行器总体气动设计当中得到广泛应用的巨大潜力.但是,该设计方法的研究尚不完善,特别是在基准流场建立过程中忽略了三维效应、低速效应、黏性效应以及头部/前缘的钝化效应,因此其高低速气动特性均有优化设计的空间.针对此问题,本文结合高保真RANS求解器、自由变形参数化方法、鲁棒的结构网格变形方法、离散伴随方法以及序列二次规划算法,发展了基于离散伴随的宽速域飞行器气动优化设计方法.基于上述方法,针对涡波一体乘波飞行器开展了兼顾低速与高超声速气动性能的三维整机气动优化设计研究,获得了宽速域优化构型并对其进行了流动机理分析.结果表明,相较于初始构型,宽速域优化构型可以将飞行器高超声速状态下...

为了满足吸气式高超声速运载器在初步设计阶段的宽速域模型需求,基于流线追踪和高超声速气动理论建立独立于构型的宽速域压力和摩擦力壁面分布气动模型;以准一维流理论为基础,建立包含边界层和跨声速特性的宽速域双模态超燃冲压发动机模型.对于典型工况,2种模型的仿真结果与试验结果误差分别不大于2%、3%.在所建立模型的基础上,提出前体/进气道和后体/尾喷管力系的解耦/耦合策略,建立气动和推进学科的宽速域一体化耦合模型及仿真平台.针对某吸气式高超声速运载器的分析发现一体化设计的吸气式高超声速运载器存在严重的非线性气动/推进强耦合,认为所建立的耦合模型在精度满足一定要求的条件下能够定量/定性地评估气动/推进的耦合效应,有助于吸气式高超声速运载器的构型设计、地面仿真和控制研究.

高超声速飞行器在亚、跨、超及高超声速等速域内的气动效率与容量问题是制约高超声速飞行器实用化的重要瓶颈问题。大容量宽速域高性能气动布局设计技术在保证高超声速巡航阶段高气动性能的同时,迫切需要在具备足够容量的前提条件下实现高的亚、跨及超声速气动效率。通过综合利用低速涡升力与高速激波压缩升力,提出了一种涡波综合利用宽速域大容量气动布局设计方法。结合计算流体力学(CFD)方法与ARI_OPT优化设计平台,设计得到一种背负式大容量气动布局,计算结果表明,该布局在跨声速与高超声速下的最大升阻比分别可达到10.3与5.9,飞行器整体性能稳定且在宽速域条件下均具有良好的气动性能,弥补了传统乘波体气动布局在亚、跨声速下的性能缺陷,可为高超声速飞行器气动布局走向工程应用提供技术支持。